สมเด็จพระเจ้าชาลส์ที่ 3 เสด็จพระราชสมภพเมื่อวันที่ 14 พฤศจิกายน ค.ศ. 1948 ที่พระราชวังบักกิงแฮม เป็นพระราชโอรสในสมเด็จพระราชินีนาถเอลิซาเบธที่ 2 กับเจ้าชายฟิลิป ดยุกแห่งเอดินบะระ ทรงรับบัพติศมาที่ห้องดนตรี พระราชวังบักกิงแฮมเมื่อวันที่ 15 ธันวาคม ค.ศ. 1948 พระองค์มีพระบิดาและพระมารดาทูนหัวคือ สมเด็จพระเจ้าจอร์จที่ 6 สมเด็จพระราชินีแมรี เจ้าหญิงมาร์กาเร็ต มาชันเนสเนสมิลฟอร์ด ฮาเวน เดวิด โบวส์-ลีออน (พระอนุชาในสมเด็จพระราชินีเอลิซาเบธ พระราชชนนี) เลดีบราบรูน สมเด็จพระราชาธิบดีโฮกุนที่ 7 แห่งนอร์เวย์ และเจ้าชายจอร์จแห่งกรีก

ตามพระราชโองการของสมเด็จพระเจ้าจอร์จที่ 5 สมเด็จพระปัยกา (ตาทวด) ของชาลส์ สั่งว่าผู้ที่จะดำรงอิสริยยศเจ้าชายและเจ้าหญิงแห่งอังกฤษนั้น ถ้าเป็นชั้นพระราชนัดดาแล้ว จะต้องผ่านทางสายพระราชโอรสเท่านั้น[1] ในขณะที่ชาลส์เป็นพระราชนัดดาผ่านทางสายพระราชธิดา พระองค์ควรจะดำรงยศเป็นเอิร์ลแห่งมารีออนเน็ต (ซึ่งเป็นยศสำหรับทายาทผู้จะสืบตำแหน่งดยุกแห่งเอดินบะระ) อย่างไรก็ตามสมเด็จพระเจ้าจอร์จที่ 6 สมเด็จพระอัยกา (ตา) ของเจ้าชายมีพระราชโองการใหม่ เฉพาะพระโอรสและพระธิดาของเจ้าหญิงเอลิซาเบธ ให้ดำรงพระอิสริยยศเป็นเจ้าชายและเจ้าหญิงแห่งสหราชอาณาจักรได้ตั้งแต่ประสูติ พระราชโองการฉบับนี้ไม่มีผลครอบคลุมถึงพระราชธิดาอีกพระองค์หนึ่งคือเจ้าหญิงมากาเร็ต และจากพระราชโองการฉบับดังกล่าวทำให้ชาลส์มีพระยศตั้งแต่แรกประสูติว่า เจ้าชายชาลส์แห่งเอดินบะระ

สมเด็จพระเจ้าชาลส์ที่ 3 มีพระกนิษฐาและพระอนุชา 4 พระองค์ดังนี้

1. สมเด็จพระเจ้าชาลส์ที่ 3 แห่งสหราชอาณาจักร
2. เจ้าหญิงแอนน์ พระราชกุมารี
3. เจ้าชายแอนดรูว์ ดยุกแห่งยอร์ก
4. เจ้าชายเอ็ดเวิร์ด เอิร์ลแห่งเวสเซกซ์

ใน ค.ศ. 1952 พระราชชนนีของพระองค์เสด็จขึ้นทรงราชย์เป็นสมเด็จพระราชินีนาถเอลิซาเบธที่ 2 เจ้าชายชาลส์ได้รับพระอิสริยยศเป็นดยุกแห่งคอร์นวอลล์ทันที (ในสกอตแลนด์ คือดยุกแห่งรอธซี) นอกจากนี้ยังทรงดำรงพระอิสริยยศ เอิร์ลแห่งแคร์ริก บารอนแห่งเรนเฟรว ลอร์ดแห่งไอเซิล เจ้าชายและจอมทัพแห่งสกอตแลนด์อีกด้วย

ในวันพิธีราชาภิเษกของสมเด็จพระราชินีนาถเอลิซาเบธ เจ้าชายได้เสด็จไปร่วมพระราชพิธีด้วย (ในขณะที่เจ้าหญิงแอนน์ไม่ได้ตามเสด็จ) โดยพระองค์ทรงประทับนั่งระหว่างสมเด็จพระราชินีเอลิซาเบธ พระราชชนนี พระอัยยิกา (ยาย) และเจ้าหญิงมาร์กาเรต เคาน์เตสแห่งสโนว์ดอน พระมาตุจฉา (น้า) และพระมารดาทูนหัวของพระองค์